淺論建筑混凝土結構的優(yōu)化與設計

張華

摘要：本文從建筑的結構特點展開，研究和分析了混凝土結構的建筑結構設計中存在的不足，在混凝土結構設計的基本要求的基礎上，分析了混凝土結構設計的特點。同時，考慮混凝土結構及其塑性問題，對混凝土結構的成本優(yōu)化設計進行了討論，以及在此過程中應注意的問題，從而提出相應的混凝土優(yōu)化設計的具體方法，目前在城市建設發(fā)展中建筑所占的地位越來越重要，其結構的復雜性為設計師也會增加了困難。

關鍵詞：建筑混凝土；結構設計；優(yōu)化

中圖分類號：TU375文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2016）13-179-02

引言

隨著城市化的發(fā)展，土地資源也日益減少，建筑成為城市發(fā)展的象征，城市建筑的地位在這個過程中野變得越來越重要。然而，由于現(xiàn)代建筑的建筑高度較高，即使是最常見的混凝土結構的結構也是非常復雜的。從設計到施工只要任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤就可能導致建筑存在安全隱患，甚至導致建筑結構的崩潰。因此，建筑混凝土結構設計人員應嚴格按照規(guī)范進行設計。有一份職責心來保證居民安全。

1.當前鋼筋混凝土建筑結構設計所存在的不足

1.1地基結構穩(wěn)定性有待提高

地基部分是鋼筋混凝土結構設計的重點部分，地基穩(wěn)定性在很大程度上影響鋼筋混凝土建筑的整體質量和結構強度，但在當前的一些鋼筋混凝土建筑結構設計中，有不同程度的地基結構設計缺陷，導致地基的穩(wěn)定性是不夠的，通常表現(xiàn)在地基承載能力不能滿足建筑實際的需求，引發(fā)沉降、移動等問題，另一方面地基受力分布平衡性也是不足的，容易導致鋼筋混凝土結構受力不均勻而引起毀壞兩個方面。

1.2框架結構設計方面存在不足。

框架結構作為鋼筋混凝土建筑中的主要支撐結構，其設計水平和質量對整個建筑的結構穩(wěn)定性有著很大的影響，而當前的一些鋼筋混凝土建筑工程中框架結構的設計仍然存在一些缺點，主要問題包括角度、橫梁的控制不佳、結構的整體協(xié)調性不強，并且這些設計問題容易導致建筑的使用過程中潛在的安全隱患發(fā)生，對于這種不足的情況必須優(yōu)化設計，從而也將導致建設項目成本的增加。

1.3設計中存在預應力分配失衡問題。

在鋼筋混凝土結構中預應力問題比較常見，基本是由數(shù)據(jù)結構的設計、受力等因素引起，從而干擾鋼筋混凝土的受力，無法標準分配預應力。鋼筋混凝土結構設計的預應力問題必須使用科學計算和專業(yè)的分配，才能達到平衡分配的狀態(tài)。

2.高層建筑混凝土結構的基本要求

2.1功能要求

雖然在不同的時期建筑結構有不同的設計要求，但在設計使用年限就功能需求來說是一樣的具體要求，有以下三個方面：

安全性建筑結構具有一定的抵抗力，根據(jù)設計要求承受各方面的作用力對自然災害和突發(fā)狀況有一定的抵抗能力。

適用性建筑結構要能夠具有設計預期的使用要求，而且變形，振動和裂縫等情況要在規(guī)定的范圍內(nèi)發(fā)生，保證建筑的正常使用。

耐久性建筑的保護層厚度應當符合規(guī)定裂縫的寬度，需要控制在范圍內(nèi)。另外要嚴把把控好剛進的抗銹蝕性能

2.2可靠要求

結構可靠性是指結構在規(guī)定的期限內(nèi)，在指定的條件下，完成預定功能的概率，結構可靠性的概率是結構可靠性的概率度量。結構可靠度的分析就是要去合理地確定結構的可靠度水平，可靠度就是使結構設計技術符合先進、經(jīng)濟合理、安全、保證質量的需求。

總之建筑結構設計的根本目的是采用最經(jīng)濟手段，使結構在設計基準期內(nèi)，擁有各種預期的功能。

2.3概念設計結構

在設計的過程中設計人員一定要注意概念設計，在建筑方案階段就應積極參與，利用自己的專業(yè)知識作出建議，在滿足適用、美觀的前提下，盡量使結構平面布局和垂直布局很簡單，均勻，規(guī)則，甚至。因此，結構體系就會具有合理的剛度和承載力的分布。要避免由于局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生了過多的應力集中或塑性變形集中。

3.具體結構優(yōu)化設計方法

3.1高強鹼和高強鋼筋的合理使用

建筑的總造價一般包括框架結構建筑的材料，建筑施工和基本材料費用等等，而其中用鋼數(shù)量和建筑橫截面積對建設房屋造價的影響較大，因此，合理的使用高強鹼和高強度鋼筋在建筑設計過程中可以有效的控制建筑用鋼量，從而大幅度的節(jié)約了建筑成本。如果建筑的設計是厚軟的地基之上進行，那么由于大荷載的建筑矗立在地基上，高效、合理的使用高強度鋼筋和高強鹼來優(yōu)化結構橫截面積，以減輕結構的重量，這將大大降低工程造價和基礎設施的施工難度，最終以取得良好的經(jīng)濟效果。對于我國一些在震區(qū)的建筑樓房來說，地震力的作用力大小是和建筑的自重成正相關的，所以有目的的降低建筑物自重，并進一步控制建筑結構在地震中的荷載。可以大大提高建筑的安全性。在建筑設計中合理高效的使用高強度的鋼筋和收藏鹼，能夠有效縮小梁、墻、板、柱等的構件截面積，達到減少鋼鐵的用量，降低工程造價的目的。

3.2注意剪力墻的平面布置。

注意剪刀墻的平面布局重點要注重以下幾點：

a.在結構平面布局中，需要在滿足建筑功能的基礎上，剪力墻應沿周邊均勻，相對集中布局。在建筑物的樓梯間、平面形狀發(fā)生變化及承載較大的部位應當有剪刀墻的布置，墻與墻之間的距離不宜太大。

b.在剪力墻結構中，剪力墻應雙向布置在沿主軸方向或另一個方向上，剪力墻結構要具有抗震設計，應避免只有單向的墻的結構布置形式。

c.應當以簡單、規(guī)則為原則設計剪力墻墻肢截面，剪力墻結構的側向剛度不宜太大。

d.設計中應注意盡可能減少短肢剪力墻的數(shù)量，不應全部使用具有短肢剪力墻的剪力墻結構。

3.3綜合考慮平面性狀、各部分的剛度和承載力三個方面

首先要遵循的原則是以平面結構形狀簡單的規(guī)則，將長度和隆起部分控制在一定的范圍內(nèi)垂直方向的布置要采用規(guī)則均勻的結構形狀。其次均勻分布每個部分的剛度和承載力，垂直布局要采用下大上小向剛度要均勻變化的規(guī)則結構形狀。有時候會因為嚴格按照標準設計，卻導致結構設計造型不夠美觀，在這種情況下，結構設計人員就需要專注于結構的概念設計，以及在整個設計在保證建筑結構合理適用的前提下美化建筑的外部形象。

3.4注重結構抗震性能

要特別強調混合結構體系的建筑在混凝土簡體的延性以及簡體的承載能力方面的合理性。在建筑結構的抗震性能方面，需根據(jù)不同高度的建筑來選擇鋼柱的設置位置和設置方法。當建筑高度還沒有超過130m時抗震設防等級水平多為7級：簡體四角和樓面鋼梁與型鋼混凝土梁的交接處設置型鋼柱，建筑整體結構的高度通常高于130米的，在簡體四角中鋼柱的位置抗震設防等級設置為7，8，9級避免外圍框架具有不符合標準的剛度和承載力。如果加強外圍框架剛度和水平承載力想通過剛性連接外圍框架平面內(nèi)柱和梁的方法來，減少水平作用力使樓層側移的可能性可使用下列的方法：均勻布置貫通性的剛接析架與抗側力墻體：設置加強層水平外伸構件：利用簡體剪力墻與分段拼裝外伸析架剛接的方法。

3.5地下室層數(shù)處理

多層性的房屋框架結構通常是設置地下室結構。由于隔墻分區(qū)較少所以常使用板筏基礎。設計時應將上層結構和地下室層數(shù)結合一起考慮，并且在地下室圖紙中根據(jù)實際層數(shù)計算。同時，通過對側層剛度系數(shù)的比較分析，可以正確的調整并判斷相應的內(nèi)嵌的房屋位置，并采取適當?shù)募庸淌┕ご胧_保樓板的最小配筋率和必要的厚度：如果當建筑結構表現(xiàn)出縱向不規(guī)則結構時，就需要重點檢查最薄弱層。

4.總結

在如今的人類社會中，隨著人民生活水平的逐步改善，在我們的日常生活中房屋的質量問題也逐漸體現(xiàn)出來。因此，在建筑結構設計優(yōu)化時，可需要充分發(fā)揮建筑材料的力學特點，對混凝土結構進行相應的優(yōu)化與設計，以獲得理想的低成本造價且實用的設計。隨著建筑行業(yè)的進一步發(fā)展，建筑的數(shù)量將不斷增加，但其中最重要的要保證對房屋建筑結構安全質量的把關，做到其中結構的理想優(yōu)化和設計。

總之，在設計建筑的混凝土結構，應充分考慮建筑建所在地的風和地震等水平荷載和自重、活載等垂直荷載等因素。同時確保建筑結構有足夠的強度，適當?shù)膭偠群土己玫难有浴Ｕ麄€系統(tǒng)之間具有清晰的總體系結構和主要體系間的最佳受力要求，確定最優(yōu)結構方案、內(nèi)里數(shù)據(jù)、結構計算模型，幫助未來建筑的建設和使用可以快速省力，為人們提供一個安全、快捷、方便、舒適的空間和高效率的環(huán)境，保證人們生命和財產(chǎn)安全。